05第五章運算放大器

第五章運算放大器電阻電路

§5-2

比例電路的分析§5-3

含有理想運算放大器的電路的分析

§5-1運算放大器的電路模型運算放大器(operationalamplifier)：是一種在電路中有著十分廣泛用途的電路器件。最早開始應(yīng)用于1940年，主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬分析。1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。運算放大器基本上是高放大倍數(shù)的直接耦合的放大器(一般內(nèi)部由20個左右的晶體管組成)，可用來放大直流和頻率不太高的交流信號。

§5-1

運算放大器的電路模型一、電路符號兩個輸入端a

、b

和一個輸出端o

。電源端子和

連接直流偏置電壓，以維持

運放內(nèi)部晶體管正常工作。接正電壓，接負電壓，這里的電壓的正負是對地或公共端而言的。運放具有“單方向”性質(zhì)(圖中圖形符號就代表這種性質(zhì))。b端：同向輸入端或非倒向輸入端。當(dāng)輸入電壓加在b端與公共端之間，與兩者的實際方向相對公共端恰好相同。(參考方向如圖所示，每一點均為對地的電壓，在接地端未畫出時尤須注意。)a端：

反向輸入端或倒向輸入端。當(dāng)輸入電壓加在a端與公共端之間，輸出電壓實際方向則自公共端指向o端。兩者方向正好相反。o端：

輸出端,輸出電壓。

A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)。如果在a、b端分別同時加輸入電壓、，則有：這種輸入方式稱為差動輸入，稱為差動輸入電壓。非倒向端接地，倒向端加輸入電壓：倒向端接地，非倒向端加輸入電壓：“

-

”表示與相對公共端恰好相反?！?/p>

+

”表示與相對公共端恰好相同。二、運算放大器的外特性（與之間的關(guān)系曲線）Usat-Usatuo

/Vud

/mVO實際特性近似特性（與之間的關(guān)系曲線）分三個區(qū)域：①線性工作區(qū)：②正向飽和區(qū)：③反向飽和區(qū)：A：電壓放大倍數(shù)稱為飽和電壓。其值略低于直流偏置電壓值。這里是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A=105，則=0.13mV。三、運放的等效電路模型Rin

：運算放大器兩輸入端間的輸入電阻。Ro：運算放大器的輸出電阻。在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：①A

uo為有限值，則ud=0,即u+

=u-

。②Rin

四、理想運算放大器i+

=0,i-

=0。即從輸入端看進去，元件相當(dāng)于開路(虛開路)。兩個輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)；i+i-理想運放的電路符號uoud0Usat-Usat(外特性)正向飽和區(qū)

ud>0反向飽和區(qū)

ud<0理想運算放大器：（在線性區(qū)域內(nèi)）Rin

=

、Ro

=0、

A=

實際運算放大器的工作情況比以上分析要復(fù)雜。例如，放大倍數(shù)A不僅為有限值，而且隨著頻率的增高而下降。思考題：已知運算放大器的開環(huán)電壓增益A=105，飽和電壓Usat=10V，若要求運放工作在線性區(qū)，試問輸入電壓ud的變化范圍？Usat-Usatuo

/Vud

/mVO近似特性例：運放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。

§5-2

比例電路的分析12運放等效電路由于帶入上二式，得：解方程：所以：因A一般很大，Ro

很小，Rin很大。表明uo

/uin只取決于反饋電阻R2與R1比值，負號表明uo和uin總是符號相反(反相比例器)。設(shè)A=50000，Rin

=1M

，Ro=100

，R2=100K

，R1=10K

，則可見用足夠精確。若是理想運算放大器，則由于Rin

=

、Ro

=0、

A=

，根據(jù)：與上述結(jié)果相同?！?-3

含有理想運算放大器的電路的分析①倒向端和非倒向端的輸入電流均為零。②對于公共端（地），倒向輸入端的電壓與非倒向輸入端的電壓相等。根據(jù)理想運放的性質(zhì)，可以得到以下兩條規(guī)則：“虛斷路”“虛短路”。虛斷路虛短路1、由理想運放構(gòu)成的反相比例器：規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”：得：(1)當(dāng)R1和R2

確定后，為使uo

不超過飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對uin有一定限制。(2)運放不工作在開環(huán)狀態(tài)(極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū))，都工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。(R2

接在輸出端和反相輸入端,稱為負反饋。)注意：當(dāng)R2

=R1時，組成反相器，如下圖：y=-x-1xy2.加法器規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”：加法器：y=x1+x2+x3

，符號如下圖：+-1-yyx1x2x3得：若：有：3.正相比例器規(guī)則1“虛斷”：規(guī)則2“虛短”：4.電壓跟隨器應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級電路的作用。加入負載后，加入跟隨器后，隔離了前后兩級電路的相互影響。未接負載小結(jié)：(1)為使uo

不超過飽和電壓(即保證工作在線性區(qū))，對uin有一定限制。（2）理想運